一种基于ESO估计漂角的无人船变速曲线路径跟踪控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于无人船曲线路径跟踪的控制方法，属于无人船运动控制领域。本发明专利技术提出一种基于ESO(扩张状态观测器)估计漂角的方法实现无人船在海洋扰动下的变速曲线路径跟踪控制。首先将环境扰动对无人船的影响等效为大小未知且时变的漂角，利用ESO对漂角进行估计并在LOS引导律中补偿。其次在传统LOS引导律的基础上增加航速引导律，使无人船能够依据曲线路径的曲率自动调节航速，进一步提高跟踪精度。最后设计滑模航向航速控制器，完成对期望航向和期望航速的精确跟踪，进而实现无人船曲线路径跟踪控制。该方法有效降低了海洋扰动对无人船路径跟踪控制的影响，提高了无人船路径跟踪的快速性、准确性，为无人船自主作业奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ESO估计漂角的无人船变速曲线路径跟踪控制方法
本专利技术涉及无人船运动控制领域，特别是涉及一种基于ESO估计漂角的无人船变速曲线路径跟踪控制方法。
技术介绍
随着无人船的快速发展，无人船亟需提高路径跟踪控制的准确性、快速性，以保证其良好的海上自主作业能力。但无人船在路径跟踪过程中，必然会受到风、浪、流等环境因素的影响。环境扰动作用于无人船后，会使无人船产生横向速度，从而造成无人船实际的运动方向与无人船艏向之间形成一个夹角，即漂角。由于无人船检测手段的限制，无法直接测量无人船实际运动方向，所以无法通过反馈控制消除漂角。现有控制技术通常针对环境扰动造成的漂角从运动学角度进行控制器的优化与改进，旨在提高控制器的鲁棒性，改善在海洋环境扰动下无人船路径跟踪控制效果。但是现有技术存在下列不足：第一，以漂角很小且为常值的假设为前提，但该条件在实际中很难满足；第二，虽然利用速度直接求取漂角简单易行，但是在计算过程中可能会放大测量噪声，尤其不利于小型无人船精确控制。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ESO估计漂角的无人船变速曲线路径跟踪控制方法，其特征在于：首先将环境载荷对无人船的影响等效为大小未知且时变的漂角，利用扩张状态观测器(ESO)对漂角进行估计并在LOS引导律中补偿；其次在传统LOS引导律的基础上增加航速引导律，使无人船能够依据曲线路径的曲率自整定航速，进一步提高跟踪精度；最后设计滑模航向航速控制器，完成对期望航向和期望航速的精确跟踪，进而实现无人船曲线路径跟踪控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于ESO估计漂角的无人船变速曲线路径跟踪控制方法，其特征在于：首先将环境载荷对无人船的影响等效为大小未知且时变的漂角，利用扩张状态观测器(ESO)对漂角进行估计并在LOS引导律中补偿；其次在传统LOS引导律的基础上增加航速引导律，使无人船能够依据曲线路径的曲率自整定航速，进一步提高跟踪精度；最后设计滑模航向航速控制器，完成对期望航向和期望航速的精确跟踪，进而实现无人船曲线路径跟踪控制。


2.根据权利要求1所述的基于ESO估计漂角的无人船变速曲线路径跟踪控制方法，其特征在于：无人船的期望路径P(θ)是由大地坐标系中一系列连续的点(xp,yp)组成，无人船曲线路径跟踪要求USV从任意出发点到达期望路径，并按期望速度以尽量小的跟踪误差沿期望路径航行，期望实现的跟踪控制目标用公式表示如下：



式中，ye是船体坐标系下无人船与期望路径的横向误差；ψd为期望航向角；ud为无人船纵向期望速度。


3.根据权利要求1所述的基于ESO估计漂角的无人船变速曲线路径跟踪控制方法，其特征在于：在传统LOS引导律的基础上增加了航速引导律，使改进后的LOS引导律能够同时提供期望航向与期望航速，通过分析无人船航速与曲线路径曲率的关系设计了一种航速引导律，使无人船在曲线路径跟踪过程中能够依据曲线路径的曲率自动调节期望航速大小，从而有效降低无人船路径跟踪的误差，提高跟踪精度。


4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴永寿，裴志远，李立刚，郝宪锋，李林，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37